Le cuivre à pas dur électrolytique (ETP), un cuivre de haute pureté qui contient de l’oxygène comme agent d’alliage, représente la majeure partie des applications de conducteurs électriques en raison de sa haute conductivité électrique et de sa meilleure recuitabilité. Le cuivre ETP est utilisé pour la transmission et la distribution d’énergie, ainsi que pour les télécommunications. Les applications courantes comprennent les fils de construction, les enroulements de moteurs, les câbles électriques et les barres omnibus. Les cuivres exempts d’oxygène sont utilisés pour résister à la fragilisation par l’hydrogène lorsque des quantités importantes de travail à froid sont nécessaires, et pour les applications nécessitant une ductilité plus élevée (par exemple, les câbles de télécommunications). Lorsque la fragilisation par l’hydrogène est une préoccupation et qu’une faible résistivité électrique n’est pas requise, du phosphore peut être ajouté au cuivre.
Pour certaines applications, les conducteurs en alliage de cuivre sont préférés au cuivre pur, notamment lorsque des résistances plus élevées ou des propriétés améliorées de résistance à l’abrasion et à la corrosion sont requises. Cependant, par rapport au cuivre pur, les avantages plus élevés en matière de résistance mécanique et de résistance à la corrosion qui sont offerts par les alliages de cuivre sont compensés par leurs conductivités électriques plus faibles. Les ingénieurs concepteurs pèsent les avantages et les inconvénients des différents types de conducteurs en cuivre et en alliage de cuivre lorsqu’ils déterminent le type à spécifier pour une application électrique spécifique. Un exemple de conducteur en alliage de cuivre est le fil de cuivre cadmié, utilisé pour l’électrification des chemins de fer en Amérique du Nord. En Grande-Bretagne, le BPO (plus tard Post Office Telecommunications) a utilisé des lignes aériennes en cuivre cadmié avec 1% de cadmium pour une résistance supplémentaire ; pour les lignes locales 40 lb/mile (1,3 mm de dia) et pour les lignes à péage 70 lb/mile (1,7 mm de dia).
Certains des principaux marchés d’application des conducteurs en cuivre sont résumés ci-dessous.
Câblage électriqueEdit
Le câblage électrique distribue l’énergie électrique à l’intérieur des bâtiments résidentiels, commerciaux ou industriels, des maisons mobiles, des véhicules récréatifs, des bateaux et des sous-stations à des tensions allant jusqu’à 600 V. L’épaisseur du fil est basée sur les besoins en courant électrique en conjonction avec les températures de fonctionnement sûres. Le fil plein est utilisé pour les petits diamètres ; les diamètres plus épais sont toronnés pour assurer la flexibilité. Les types de conducteurs comprennent les câbles non métalliques/non métalliques résistant à la corrosion (deux conducteurs isolés ou plus avec une gaine extérieure non métallique), les câbles armés ou BX (les câbles sont entourés d’une enveloppe métallique flexible), les câbles à gaine métallique, les câbles de branchement, les câbles d’alimentation souterrains, les câbles TC, les câbles résistants au feu et les câbles à isolation minérale, y compris les câbles à isolation minérale et à gaine de cuivre. Le cuivre est couramment utilisé pour les fils de bâtiment en raison de sa conductivité, de sa résistance et de sa fiabilité. Sur la durée de vie d’un système de fil de bâtiment, le cuivre peut également être le conducteur le plus économique.
Le cuivre utilisé dans les fils de bâtiment a un indice de conductivité de 100 % IACS ou mieux. Le fil de bâtiment en cuivre nécessite moins d’isolation et peut être installé dans des conduits plus petits que lorsque des conducteurs de conductivité inférieure sont utilisés. De plus, comparativement, une plus grande quantité de fil de cuivre peut être installée dans un conduit donné que les conducteurs de plus faible conductivité. Ce plus grand « remplissage de fil » est un avantage particulier lorsqu’un système est recâblé ou étendu.
Le fil de construction en cuivre est compatible avec le laiton et les vis plaquées de qualité. Le fil fournit des connexions qui ne se corrodent pas et ne se déforment pas. En revanche, il n’est pas compatible avec le fil ou les connecteurs en aluminium. Si les deux métaux sont joints, une réaction galvanique peut se produire. Au cours de cette réaction, la corrosion anodique peut désintégrer l’aluminium. C’est pourquoi la plupart des fabricants d’appareils et d’équipements électriques utilisent des fils de plomb en cuivre pour les connexions aux systèmes de câblage des bâtiments.
Le câblage des bâtiments « tout cuivre » désigne les bâtiments dans lesquels le service électrique intérieur est acheminé exclusivement sur des fils de cuivre. Dans les maisons « tout cuivre », les conducteurs en cuivre sont utilisés dans les panneaux de disjoncteurs, le câblage des circuits de dérivation (vers les prises, les interrupteurs, les appareils d’éclairage et autres) et dans les branches dédiées desservant les appareils à forte charge (tels que les cuisinières, les fours, les séchoirs à linge et les climatiseurs).
Les tentatives de remplacement du cuivre par l’aluminium dans le câblage des bâtiments ont été interrompues dans la plupart des pays lorsqu’on a constaté que les connexions en aluminium se desserraient progressivement en raison de leur lent fluage inhérent, combiné à la résistivité élevée et à la production de chaleur de l’oxydation de l’aluminium au niveau des joints. Les contacts à ressort ont largement atténué ce problème avec les conducteurs en aluminium dans les fils de construction, mais certains codes de construction interdisent toujours l’utilisation de l’aluminium.
Pour les tailles de circuits de dérivation, pratiquement tout le câblage de base pour les lumières, les prises et les interrupteurs est en cuivre. Le marché du fil de construction en aluminium est aujourd’hui essentiellement confiné à des tailles de plus gros calibre utilisées dans les circuits d’alimentation.
Les codes de câblage électrique indiquent l’intensité admissible pour les tailles standard de conducteurs. L’intensité nominale d’un conducteur varie en fonction de la taille, de la température maximale admissible et de l’environnement de fonctionnement du conducteur. Les conducteurs utilisés dans des endroits où de l’air frais peut circuler autour des fils sont généralement autorisés à transporter plus de courant qu’un conducteur de petite taille placé dans un conduit souterrain avec de nombreux conducteurs similaires adjacents. Les températures nominales pratiques des conducteurs en cuivre isolés sont principalement dues aux limitations du matériau isolant ou de la température nominale de l’équipement attaché.
Câblage de communicationEdit
Câble à paires torsadéesEdit
Le câblage à paires torsadées est le câble réseau le plus populaire et est souvent utilisé dans les réseaux de données pour les connexions de courte et moyenne longueur (jusqu’à 100 mètres ou 328 pieds). Cela est dû à ses coûts relativement plus faibles par rapport à la fibre optique et au câble coaxial.
Les câbles à paires torsadées non blindées (UTP) sont le principal type de câble pour l’usage téléphonique. À la fin du 20e siècle, les UTP se sont imposés comme le câble le plus courant dans les câbles de réseaux informatiques, notamment comme câbles de brassage ou connexions réseau temporaires. Ils sont de plus en plus utilisés dans les applications vidéo, principalement dans les caméras de sécurité.
Les câbles de plenum UTP qui passent au-dessus des plafonds et à l’intérieur des murs utilisent une âme en cuivre solide pour chaque conducteur, ce qui permet au câble de conserver sa forme lorsqu’il est plié. Les câbles de brassage, qui relient les ordinateurs aux plaques murales, utilisent des fils de cuivre toronnés car ils sont censés être fléchis au cours de leur vie.
Les UTP sont les meilleurs fils de ligne équilibrés disponibles. Cependant, ils sont les plus faciles à exploiter. Lorsque les interférences et la sécurité sont des préoccupations, un câble blindé ou un câble à fibre optique est souvent envisagé.
Les câbles UTP comprennent : Le câble de catégorie 3, désormais l’exigence minimale de la FCC (USA) pour chaque connexion téléphonique ; le câble de catégorie 5e, des paires améliorées de 100 MHz pour l’exécution du Gigabit Ethernet (1000Base-T) ; et le câble de catégorie 6, où chaque paire court sur 250 MHz pour une performance 1000Base-T améliorée.
Dans les réseaux de fils à paires torsadées en cuivre, la certification des câbles en cuivre est obtenue par une série de tests approfondis conformément aux normes de la Telecommunications Industry Association (TIA) ou de l’Organisation internationale de normalisation (ISO).
Câble coaxialEdit
Les câbles coaxiaux ont été largement utilisés dans les systèmes informatiques centraux et ont été le premier type de câble majeur utilisé pour les réseaux locaux (LAN). Les applications courantes du câble coaxial aujourd’hui comprennent les connexions de données de réseaux informatiques (Internet) et d’instrumentation, la distribution vidéo et CATV, la transmission RF et micro-ondes, et les lignes d’alimentation reliant les émetteurs et récepteurs radio à leurs antennes.
Bien que les câbles coaxiaux puissent parcourir de plus longues distances et soient mieux protégés contre les interférences électromagnétiques que les paires torsadées, les câbles coaxiaux sont plus difficiles à travailler et plus difficiles à faire passer des bureaux au placard de câblage. Pour ces raisons, il est aujourd’hui généralement remplacé par des câbles UTP moins coûteux ou par des câbles en fibre optique pour plus de capacité.
Aujourd’hui, de nombreuses sociétés de télévision par câble utilisent encore des câbles coaxiaux dans les maisons. Cependant, ces câbles sont de plus en plus souvent connectés à un système de communication de données en fibre optique à l’extérieur de la maison. La plupart des systèmes de gestion des bâtiments utilisent un câblage en cuivre propriétaire, tout comme les systèmes de pagination et de haut-parleurs audio. Les systèmes de surveillance de sécurité et d’entrée dépendent encore souvent du cuivre, bien que des câbles en fibre optique soient également utilisés.
Câblage structuréModification
La plupart des lignes téléphoniques peuvent partager la voix et les données simultanément. Le câblage téléphonique quadruple pré-numérique dans les maisons n’est pas en mesure de gérer les besoins de communication pour plusieurs lignes téléphoniques, le service Internet, les communications vidéo, la transmission de données, les télécopieurs et les services de sécurité. La diaphonie, les interférences statiques, les signaux inaudibles et les interruptions de service sont des problèmes courants liés à un câblage obsolète. Les ordinateurs connectés à un câblage de communication démodé connaissent souvent des performances Internet médiocres.
Le « câblage structuré » est le terme général pour le câblage sur site du 21e siècle pour les systèmes de téléphonie, de vidéo, de transmission de données, de sécurité, de contrôle et de divertissement à haute capacité. Les installations comprennent généralement un panneau de distribution central où toutes les connexions sont effectuées, ainsi que des prises avec des connexions dédiées pour les prises de téléphone, de données, de télévision et audio.
Le câblage structuré permet aux ordinateurs de communiquer entre eux sans erreur et à grande vitesse tout en résistant aux interférences entre diverses sources électriques, telles que les appareils ménagers et les signaux de communication externes. Les ordinateurs en réseau sont capables de partager simultanément des connexions Internet à haut débit. Le câblage structuré peut également connecter des ordinateurs avec des imprimantes, des scanners, des téléphones, des télécopieurs et même des systèmes de sécurité et des équipements de divertissement à domicile.
Le câble coaxial RG-6 à double blindage peut transporter un grand nombre de canaux de télévision en même temps.Un schéma de câblage en étoile, où le câblage de chaque prise s’étend jusqu’à un dispositif de distribution central, facilite la flexibilité des services, l’identification des problèmes et une meilleure qualité du signal. Ce schéma présente des avantages par rapport aux boucles en marguerite. Il existe des outils, des conseils et des techniques d’installation pour les systèmes de câblage en réseau utilisant des paires torsadées, des câbles coaxiaux et des connecteurs pour chacun d’eux.
Le câblage structuré est en concurrence avec les systèmes sans fil dans les maisons. Si les systèmes sans fil présentent certainement des avantages en termes de commodité, ils présentent également des inconvénients par rapport aux systèmes câblés en cuivre : la bande passante plus élevée des systèmes utilisant un câblage de catégorie 5e prend généralement en charge plus de dix fois les vitesses des systèmes sans fil pour des applications de données plus rapides et davantage de canaux pour les applications vidéo. Par ailleurs, les systèmes sans fil présentent un risque pour la sécurité, car ils peuvent transmettre des informations sensibles à des utilisateurs involontaires sur des dispositifs de réception similaires. Les systèmes sans fil sont plus sensibles aux interférences provenant d’autres appareils et systèmes, ce qui peut compromettre les performances. Certaines zones géographiques et certains bâtiments peuvent être inadaptés aux installations sans fil, tout comme certains bâtiments peuvent présenter des difficultés pour installer des fils.
Distribution de l’énergie
La distribution d’électricité est l’étape finale de la livraison d’électricité pour une utilisation finale. Un système de distribution d’énergie transporte l’électricité du système de transmission aux consommateurs.
Les câbles électriques sont utilisés pour la transmission et la distribution de l’énergie électrique, à l’extérieur ou à l’intérieur des bâtiments. Des détails sur les différents types de câbles électriques sont disponibles.
Le cuivre est le matériau conducteur privilégié pour les lignes de transmission souterraines fonctionnant à haute et très haute tension jusqu’à 400 kV. La prédominance des systèmes souterrains en cuivre découle de ses conductivités électriques et thermiques volumétriques plus élevées que celles des autres conducteurs. Ces propriétés bénéfiques pour les conducteurs en cuivre permettent de conserver l’espace, de minimiser les pertes de puissance et de maintenir des températures de câble plus basses.
Le cuivre continue de dominer les lignes basse tension dans les mines et les applications sous-marines, ainsi que dans les chemins de fer électriques, les palans et autres services extérieurs.
L’aluminium, seul ou renforcé avec de l’acier, est le conducteur préféré pour les lignes de transmission aériennes en raison de son poids plus léger et de son coût plus faible.
Les conducteurs d’appareilsÉditer
Les conducteurs d’appareils pour les applications domestiques et les instruments sont fabriqués à partir de fils doux torsadés en faisceau, qui peuvent être étamés pour la soudure ou l’identification de phase. Selon les charges, l’isolation peut être en PVC, en néoprène, en éthylène-propylène, en polypropylène de remplissage ou en coton.
Conducteurs automobilesEdit
Les conducteurs automobiles nécessitent un isolant résistant aux températures élevées, aux produits pétroliers, à l’humidité, au feu et aux produits chimiques. Le PVC, le néoprène et le polyéthylène sont les isolants les plus courants. Les potentiels vont de 12 V pour les systèmes électriques à entre 300 V – 15 000 V pour les instruments, l’éclairage et les systèmes d’allumage.
Fil magnétiqueModifier
Le fil magnétique ou fil d’enroulement est utilisé dans les enroulements des moteurs électriques, des transformateurs, des inducteurs, des générateurs, des casques d’écoute, des bobines de haut-parleurs, des positionneurs de tête de disque dur, des électroaimants et d’autres dispositifs.
Le plus souvent, le fil magnétique est composé de cuivre entièrement recuit et raffiné par électrolyse pour permettre un enroulement plus serré lors de la fabrication de bobines électromagnétiques. Le fil est revêtu d’une gamme d’isolants polymères, notamment de vernis, plutôt que de plastique plus épais ou d’autres types d’isolants couramment utilisés sur les fils électriques. Les qualités de cuivre sans oxygène de haute pureté sont utilisées pour des applications à haute température dans des atmosphères réductrices ou dans des moteurs ou des générateurs refroidis par de l’hydrogène gazeux.